JP2012115521A - 管状挿入システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 管状挿入システムである内視鏡システム10は、管内に挿入され、湾曲する湾曲部23を有する挿入部20と、湾曲部23を操作する湾曲操作機構39とを有している。内視鏡システム10は、湾曲操作機構39の湾曲操作量を検出し、湾曲操作量を示す湾曲操作量情報を演算する湾曲操作量検出演算機構61と、実際に湾曲している湾曲部23の湾曲形状を検出し、湾曲形状を示す湾曲形状情報を演算する湾曲形状検出演算機構71と、湾曲操作量情報と湾曲形状情報との少なくとも一方を基に、湾曲部23の操作の支援を示す第1の操作支援情報を取得する第1の操作支援情報取得部151とを具備する。
【選択図】 図5
Description
またオペレータがより安全かつ容易な挿入操作を行なうためには、感圧情報以外にも挿入部の形状情報といった操作支援情報を知ることが望ましい。オペレータがこのような操作支援情報(挿入部の形状情報)を取得するためには、オペレータは感圧情報をあらゆる方向から正確に把握する必要がある。
このために、上述した特許文献1において、感圧センサは挿入部の先端部全体に分布するように配設されることが好適である。しかし、先端部の細径化や、挿入部における限られた配線空間の観点などから、多数の感圧センサがこのように配設されることは容易ではない。また感圧センサの性能は、ノイズや感圧センサの配置場所に大きく影響が出てしまう。
また、さまざまな操作支援情報を同時に検出するセンシングシステムを構築することはさらに難しい。
このように操作支援情報を高精度且つ容易に取得できない虞が生じ、操作時における生体への安全性に支障をきたす虞が生じる。
図1と図2Aと図2Bと図2Cと図2Dと図3Aと図3Bと図4Aと図4Bと図4Cと図5とを参照して第1の実施形態について説明する。なお図示の簡略化のために、一部の図では、部材の一部を省略している。
図1に示すように、内視鏡システム(管状挿入システム)10は、例えば所望する観察対象物を撮像する内視鏡12と、内視鏡12によって撮像された観察対象物を画像処理する画像処理装置14(例えばビデオプロセッサ)と、画像処理装置14と接続し、内視鏡12によって撮像され、画像処理装置14によって画像処理された観察対象物を表示する表示部であるモニタ16とを有している。また内視鏡システム10は、内視鏡12にむけて照明光を出射する光源装置18と、光源装置18から出射される照明光とは異なる光を出射し、この光を検出する光出射検出装置18aと、内視鏡12と画像処理装置14とモニタ16と光源装置18と光出射検出装置18aとを含む内視鏡システム10を制御する制御装置19とを有している。
この観察対象物とは、被検体(例えば体腔(管腔))内における患部や病変部等である。
また上下方向の湾曲操作駆動部は、操作部30と可撓管部25と湾曲部23とを挿通する操作ワイヤ38UDと接続している。操作ワイヤ38UDは、操作ワイヤ38LRとは異なる。操作ワイヤ38UDは、湾曲部23の先端部と接続している。
湾曲操作量検出演算機構61は、湾曲操作機構39の湾曲操作量を検出する湾曲操作量検出部63と、湾曲操作量検出部63の検出結果を基に湾曲操作量情報を演算する湾曲操作量演算部65とを有している。
湾曲操作量検出部63は、操作ワイヤ38LR,38UDと共に移動する被読取部67を読み取り、被読取部67の移動を検出する。これにより湾曲操作量検出部63は、操作ワイヤ38LR,38UDの移動を検出する。湾曲操作量検出部63は、例えばリニアエンコーダであり、例えば操作部30内部に配設されている。
または図2Bと図2Dとに示すように、被読取部67は、左右湾曲操作ノブ37LRの表面と、上下湾曲操作ノブ37UDの表面とに配設されていてもよい。
また本実施形態では、湾曲部23は、上述したように上下左右に湾曲するが、上下のみまたは左右のみに湾曲してもよい。この場合、湾曲操作量検出演算機構61は、湾曲操作機構39の上下方向の湾曲操作量または左右方向の湾曲操作量を検出し、それぞれの湾曲操作量情報を演算する。
光出射検出装置18aは、光を出射する例えばLEDなどの光源79と、LEDから出射された光を集光する集光レンズ81とを有している。集光レンズ81は、光源79と後述する光ファイバ83aの間と、後述する光ファイバ83bと後述する湾曲形状検出部73の間とに配設されている。集光レンズ81は、光源79から出射された光が光ファイバ83aに入射するように、光を光ファイバ83aに集光する。また集光レンズ81は、光ファイバ83bによって先端硬質部21から光出射検出装置18aに導光された(戻ってきた)光を湾曲形状検出部73に集光する。
光ファイバ83aと光ファイバ83bとは、ユニバーサルコード41と操作部30と挿入部20とを挿通している。このような光ファイバ83aと光ファイバ83bとは、光源79から出射された光を挿入部20の長手方向に沿って導光可能な導光部材である。
線状部材において、光ファイバ83aは、湾曲部23が湾曲した際に、光が光ファイバ83aの外部に向けて出射する(漏れる)ように加工された加工領域87を少なくとも1つ有している。加工領域87は、光ファイバ83aによって導光される光の光学特性(例えば光量)を挿入部20の湾曲状態に応じて変化させる光学特性変化部である。加工領域87は、挿入部20の湾曲を検出すべき箇所近傍、例えば湾曲部23に配設されている。
反射部95は先端硬質部21に配設され、投光レンズ91とアイソレータ93と集光レンズ81と反射ミラー97とは光出射検出装置18aに配設される。
この挿抜捻り情報は、挿抜情報と捻り情報との少なくとも1つを有している。挿抜情報は、例えば、挿入部20の挿抜量と、挿抜量を1回以上時間微分した情報との少なくとも1つを含む。この微分した情報は、例えば挿抜速度である。また捻り情報は、例えば、挿入部20の捻り方向を含む捻り量と、捻り量を1回以上時間微分した情報との少なくとも1つを含む。この微分した情報は、例えば捻り速度である。挿抜捻り操作検出演算機構101がこの挿抜捻り情報を演算する際、または挿入部20が例えば口のような開口部111を介して体腔内に挿入される際、図4Aに示すように、挿入補助具113が開口部111に配設される。挿入補助具113は、挿入部20が体腔内に挿入するために挿入を補助する。そのため挿入部20は、挿入補助具113を介して開口部111から体腔内に挿入される。このような挿入補助具113は、例えばマウスピースである。
この捻れとは 挿入部20の軸方向に対する周方向における移動を示し、挿入部20の回転(回動)を示す。
なお挿抜捻り情報は、挿入部20の挿抜量と挿抜速度と捻り方向を含む捻り量と捻り速度との少なくとも1つを有していればよいため、挿抜捻り操作検出演算機構101は、挿抜検出部103と挿抜演算部105と有する挿抜機構と、捻れ検出部123と捻れ演算部125と有する挿抜機構との少なくとも一方を有していればよい。
この操作とは、例えば、湾曲部23を湾曲させるために、湾曲操作機構39の操作と、挿入部20の挿抜と、挿入部20の捻りとの少なくとも1つを示す。
なおずれ情報と湾曲操作量情報と湾曲形状情報と挿抜捻り情報とは、例えば後述する指示部157によって指示された第1の操作支援情報に必要なパラメータであり、第1の操作支援情報として選択対象となる情報群、つまり選択対象情報群となる。
またずれ情報安全基準値と湾曲操作量情報安全基準値と湾曲形状情報安全基準値と挿抜捻り情報安全基準値とは、選択対象情報群と対応する安全基準値群となる。
安全基準値記録部147は、図1に示すように、例えば制御装置19に配設されている。
詳細には、第1の操作支援情報取得部151は、湾曲形状情報と予測情報とを組み合わせて演算することで、第1の操作支援情報を取得する。
この時、第1の操作支援情報は、湾曲操作量(湾曲操作量情報)が湾曲操作量情報安全基準値(湾曲操作量の最大値)に対してどの程度の割合かを示す指標であり、湾曲操作量(湾曲操作量情報)の時間変化の安全の程度を示すものである。
この時、第1の操作支援情報は、湾曲形状情報が湾曲形状情報安全基準値(湾曲形状の最大値)に対してどの程度の割合かを示す指標であり、湾曲形状情報の安全の程度を示すものである。
この時、第1の操作支援情報は、挿抜捻り情報が挿抜捻り情報安全基準値に対してどの程度の割合かを示す指標であり、例えば、挿抜量と、挿抜量の時間微分(挿抜速度)と、捻り量と、捻り量の時間微分(捻り速度)とにおける安全の程度を示すものである。
つまり第1の操作支援情報取得部151は、選択対象情報群と対応する安全基準値群を基に、選択対象情報群の各情報にそれぞれ対応する第1の操作支援情報の少なくとも1つを取得する。
なお第1の操作支援情報取得部151は、上述した全ての第1の操作支援情報を取得する必要は無く、例えば後述する指示部157によって指示されたパラメータ(例えばずれ量のみ)の第1の操作支援情報のみを取得しても良い。
また例えば、第1の操作支援情報は、少なくとも1つの上述したパラメータ(例えばずれ量のみ)の指標となる。
図4Aに示すように、挿入補助具113が開口部111に配設され、挿入部20は挿入補助具113を介して体腔内に挿入される。
次に、形状予測演算部141は、湾曲操作量情報を基に、湾曲操作量に対応する湾曲部23の湾曲形状を予測(推定)し、予測情報を演算する。このとき、形状予測演算部141は、湾曲操作量情報に、さらに挿抜捻り情報を加えて予測情報を演算してもよい。
そのため第1の操作支援情報取得部151は、ずれ情報に対応する第1の操作支援情報と、湾曲操作量情報に対応する第1の操作支援情報と、湾曲形状情報に対応する第1の操作支援情報と、挿抜捻り情報に対応する第1の操作支援情報との少なくとも1つを取得すればよい。第1の操作支援情報取得部151は、複数の第1の操作支援情報を算出した場合、それぞれを組み合わせればよい。
Claims (32)
- 管腔内に挿入され、湾曲する湾曲部を有する挿入部と、
前記湾曲部を湾曲するために前記湾曲部を操作する湾曲操作機構と、
前記湾曲操作機構の操作を検出し、前記操作の量を示す湾曲操作量情報を演算する湾曲操作量検出演算機構と、
前記湾曲部の湾曲形状を検出し、前記湾曲形状を示す湾曲形状情報を演算する湾曲形状検出演算機構と、
前記湾曲操作量情報と前記湾曲形状情報との少なくとも一方を基に、前記湾曲部の操作の支援を示す第1の操作支援情報を取得する第1の操作支援情報取得部と、
を具備することを特徴とする管状挿入システム。 - 前記湾曲操作量情報を基に、前記湾曲操作量に対応する前記湾曲部の前記湾曲形状の予測情報を演算する形状予測演算部を有していることを特徴とする請求項1に記載の管状挿入システム。
- 前記第1の操作支援情報取得部は、前記湾曲形状情報と前記湾曲形状の前記予測情報とを組み合わせて演算することにより、前記第1の操作支援情報を取得することを特徴とする請求項2に記載の管状挿入システム。
- 前記湾曲部の前記湾曲形状と、前記湾曲操作量情報を基に予測した前記湾曲部の前記湾曲形状との差であるずれ量と、前記ずれ量を1回以上時間積分した情報と、前記ずれ量を1回以上時間微分した情報との少なくとも1つを含む情報をずれ情報と定義したときに、
前記湾曲形状情報と前記湾曲形状の前記予測情報とを基に、前記ずれ情報を演算する形状ずれ演算部を有していることを特徴とする請求項3に記載の管状挿入システム。 - 前記第1の操作支援情報取得部は、前記形状ずれ演算部から前記ずれ情報を取得し、前記ずれ情報に対応する前記第1の操作支援情報を取得することを特徴とする請求項4に記載の管状挿入システム。
- 前記第1の操作支援情報取得部は、前記ずれ情報に含まれる少なくとも1つの情報と、この情報に対応するずれ情報安全基準値とを基に、前記ずれ情報に対応する前記第1の操作支援情報を取得する請求項5に記載の管状挿入システム。
- 前記第1の操作支援情報取得部は、
前記湾曲操作量情報と、前記湾曲操作量情報に対応する湾曲操作量情報安全基準値と、
前記湾曲形状情報と、前記湾曲形状情報に対応する湾曲形状情報安全基準値と、
を基に、前記湾曲操作量情報と前記湾曲形状情報とにそれぞれ対応する前記第1の操作支援情報の少なくとも1つを取得し、
前記ずれ情報安全基準値と、前記湾曲操作量情報安全基準値と、前記湾曲形状情報安全基準値とにおいて、前記第1の操作支援情報に必要な安全基準値を記録する安全基準値記録部を有していることを特徴とする請求項6に記載の管状挿入システム。 - 前記ずれ情報と前記湾曲操作量情報と前記湾曲形状情報と前記湾曲形状の前記予測情報と前記第1の操作支援情報との少なくとも1つを所定のタイミングで記録する情報記録部と、
前記湾曲操作量検出演算機構における前記湾曲操作量情報の演算と、前記湾曲形状検出演算機構における前記湾曲形状情報の演算と、前記形状予測演算部における前記予測情報の演算と、前記形状ずれ演算部における前記ずれ情報の演算と、前記第1の操作支援情報取得部における前記第1の操作支援情報の取得との少なくとも1つを所定のタイミングで行うように指示する指示部と、
を有することを特徴とする請求項7に記載の管状挿入システム。 - 前記第1の操作支援情報は、
前記ずれ情報が前記ずれ情報安全基準値に対してどの程度の割合かを示す指標と、
前記湾曲操作量情報が前記湾曲操作量情報安全基準値に対してどの程度の割合かを示す指標と、
前記湾曲形状情報が前記湾曲形状情報安全基準値に対してどの程度の割合かを示す指標と
の少なくとも1つを示し、
前記ずれ情報と前記湾曲操作量情報と前記湾曲形状情報とにそれぞれ対応する指標の少なくとも1つがそれぞれの安全基準値に収まるように、それぞれをそれぞれの安全基準値に誘導することを示す第2の操作支援情報を取得する第2の操作支援情報取得部を有していることを特徴とする請求項8に記載の管状挿入システム。 - 前記第2の操作支援情報は、前記情報記録部に記録されているパラメータを基にパラメータが安全基準値から外れることを予測した場合、パラメータを安全基準値に収めるための量または方向を有することを特徴とする請求項9に記載の管状挿入システム。
- 前記湾曲操作量情報と、前記湾曲形状情報と、前記予測情報と、前記ずれ情報と、前記第1の操作支援情報と、第2の操作支援情報との少なくとも1つを表示する表示部を有することを特徴とする請求項10に記載の管状挿入システム。
- 前記挿入部の挿抜操作と捻り操作との少なくとも一方を検出し、検出した前記挿抜操作と前記捻り操作との少なくとも一方を示す挿抜捻り情報を演算する前記挿抜捻り操作検出演算機構を有していることを特徴とする請求項2に記載の管状挿入システム。
- 前記挿入部の挿抜量と、前記挿抜量を1回以上時間微分した情報との少なくとも1つを含む情報を挿抜情報と定義し、前記挿入部の捻り方向を含む捻り量と、前記捻り量を1回以上時間微分した情報との少なくとも1つを含む情報を捻り情報、と定義したときに、
前記挿抜捻り情報は、前記挿抜情報と前記捻り情報との少なくとも1つを有することを特徴とする請求項12に記載の管状挿入システム。 - 前記第1の操作支援情報取得部は、
前記湾曲操作量情報と、前記湾曲操作量情報に対応する湾曲操作量情報安全基準値と、
前記湾曲形状情報と、前記湾曲形状情報に対応する湾曲形状情報安全基準値と、
前記挿抜捻り情報と、前記挿抜捻り情報に対応する挿抜捻り情報安全基準値と、
を選択対象情報群と対応する安全基準値群とし、
前記選択対象情報群と対応する前記安全基準値群を基に、前記選択対象情報群の各情報にそれぞれ対応する前記第1の操作支援情報の少なくとも1つを取得することを特徴とする請求項13に記載の管状挿入システム。 - 前記湾曲部の前記湾曲形状と、前記湾曲操作量情報を基に予測した前記湾曲部の前記湾曲形状との差であるずれ量と、前記ずれ量を1回以上時間積分した情報と、前記ずれ量を1回以上時間微分した情報との少なくとも1つを含む情報をずれ情報と定義したときに、
前記湾曲形状情報と前記湾曲形状の前記予測情報とを基に、前記ずれ情報を演算する形状ずれ演算部さらに具備し、
前記選択対象情報群に更に前記ずれ情報を含み、前記対応する前記安全基準値群にずれ情報安全基準値を含むことを特徴とする請求項14に記載の管状挿入システム。 - 前記ずれ情報安全基準値と、前記湾曲操作量情報安全基準値と、前記湾曲形状情報安全基準値と、前記挿抜捻り情報安全基準値とにおいて、前記第1の操作支援情報に必要な安全基準値を記録する安全基準値記録部を有していることを特徴とする請求項15に記載の管状挿入システム。
- 前記ずれ情報と前記湾曲操作量情報と前記湾曲形状情報と前記挿抜捻り情報と前記湾曲形状の前記予測情報と前記第1の操作支援情報との少なくとも1つを所定のタイミングで記録する情報記録部と、
前記湾曲操作量検出演算機構における前記湾曲操作量情報の演算と、前記湾曲形状検出演算機構における前記湾曲形状情報の演算と、前記挿抜捻り操作検出演算機構における前記挿抜捻り情報の演算と、前記形状予測演算部における前記予測情報の演算と、前記形状ずれ演算部における前記ずれ情報の演算と、前記第1の操作支援情報取得部における前記第1の操作支援情報の取得との少なくとも1つを所定のタイミングで行うように指示する指示部と、
を有することを特徴とする請求項16に記載の管状挿入システム。 - 前記第1の操作支援情報は、
前記ずれ情報が前記ずれ情報安全基準値に対してどの程度の割合かを示す指標と、
前記湾曲操作量情報が前記湾曲操作量情報安全基準値に対してどの程度の割合かを示す指標と、
前記湾曲形状情報が前記湾曲形状情報安全基準値に対してどの程度の割合かを示す指標と
前記挿抜捻り情報が前記挿抜捻り情報安全基準値に対してどの程度の割合かを示す指標と、
の少なくとも1つを示し、
前記ずれ情報と前記湾曲操作量情報と前記湾曲形状情報と前記挿抜捻り情報とにそれぞれ対応する指標の少なくとも1つがそれぞれの安全基準値に収まるように、それぞれをそれぞれの安全基準値に誘導することを示す第2の操作支援情報を取得する第2の操作支援情報取得部を有していることを特徴とする請求項17に記載の管状挿入システム。 - 前記第2の操作支援情報は、前記情報記録部に記録されているパラメータを基にパラメータが安全基準値から外れることを予測した場合、パラメータを安全基準値に収めるための量または方向を有することを特徴とする請求項18に記載の管状挿入システム。
- 前記湾曲操作量情報と、前記湾曲形状情報と、前記挿抜捻り情報と、前記予測情報と、前記ずれ情報と、前記第1の操作支援情報と、第2の操作支援情報との少なくとも1つを表示する表示部を有することを特徴とする請求項19に記載の管状挿入システム。
- 前記挿抜捻り操作検出演算機構は、
前記挿入部の挿抜を検出する挿抜検出部と、前記挿抜検出部の検出結果を基に前記挿抜量と前記挿抜量を1回以上時間微分した情報とを演算する挿抜演算部と、を有する挿抜機構と、
前記挿入部の捻れを検出する捻れ検出部と、前記捻れ検出部の検出結果を基に前記捻り量と前記捻り量を1回以上時間微分した情報とを演算する捻れ演算部と、を有する捻れ機構と、
の少なくとも一方を有していることを特徴とする請求項13に記載の管状挿入システム。 - 前記挿抜検出部は、前記挿入部に形成され前記挿入部と共に移動する被読取部を読み取ることで前記挿入部の挿抜を検出し、
前記捻れ検出部は、前記被読取部を読み取ることで前記挿入部の捻れを検出し、
前記挿抜検出部と前記捻れ検出部とは、前記挿入部が開口部を介して前記管内に挿入される際に前記開口部に配設される挿入補助具に配設されることを特徴とする請求項21に記載の管状挿入システム。 - 前記挿入部と接触し、前記挿入部が挿入された際に回転する挿入回転体と、
前記挿入部と接触し、前記挿入部が捻られた際に回転する捻れ回転体と、
をさらに有し、
前記挿入回転体と前記捻れ回転体とは、前記挿入部が開口部を介して体腔内に挿入される際に前記開口部に配設される挿入補助具に配設され、
前記挿入検出部は、前記挿入回転体の回転を検出することで前記挿入部の挿抜を検出し、
前記捻れ検出部は、捻れ回転体の回転を検出することで前記挿入部の捻れを検出することを特徴とする請求項22に記載の管状挿入システム。 - 前記形状予測演算部は、前記湾曲操作量情報に、さらに、前記挿抜捻り情報を加えて、前記湾曲形状の予測情報を演算することを特徴とする請求項12に記載の管状挿入システム。
- 前記湾曲操作量検出演算機構は、前記湾曲部が一方向に湾曲する際の前記湾曲操作機構の一方向における一方向湾曲操作量と、前記湾曲部が前記一方向とに直交する他方向とに湾曲する際の前記湾曲操作機構の他方向における他方向湾曲操作量との少なくとも一方を検出し、
前記湾曲形状検出演算機構は、前記湾曲部が一方向に湾曲する際の前記湾曲形状と、前記湾曲部が他方向に湾曲する際の前記湾曲形状との少なくとも一方を検出することを特徴とする請求項1に記載の管状挿入システム。 - 前記湾曲操作量検出演算機構は、
前記湾曲操作機構の前記湾曲操作量を検出する湾曲操作量検出部と、
前記湾曲操作量操作検出部の検出結果を基に前記湾曲操作量情報を演算する湾曲操作量演算部と、
を有することを特徴とする請求項25に記載の管状挿入システム。 - 前記湾曲操作機構は、前記湾曲部と接続している操作ワイヤと、前記湾曲部を湾曲するために前記操作ワイヤを操作する操作部とを有し、
前記湾曲操作量検出部は、前記操作ワイヤの移動または前記操作部の回動を検出することを特徴とする請求項26に記載の管状挿入システム。 - 前記湾曲形状検出演算機構は、
前記挿入部の長手方向に沿って線状に配設され、湾曲可能で、湾曲することで特性が変化する線状部材と、
前記湾曲部が湾曲することに伴い前記線状部材が湾曲した際に、前記線状部材の特性を基に前記湾曲形状を検出する湾曲形状検出部と、
前記湾曲形状検出部の検出結果を基に、実際に湾曲している前記湾曲部の前記湾曲形状を演算する湾曲形状演算部と、
を有していることを特徴とする請求項25に記載の管状挿入システム。 - 前記湾曲形状検出演算機構は、光を出射する光源をさらに有し、
前記線状部材は、前記光源から出射された前記光を前記挿入部の長手方向に沿って導光可能な導光部材であり、
前記線状部材は、導光する前記光の光学特性を前記挿入部の湾曲状態に応じて変化させる光学特性変化部を、前記挿入部の湾曲を検出すべき箇所近傍にて有し、
前記湾曲形状検出部は、前記光学特性変化部が前記光学特性を変化させた際に、変化した前記光学特性を基に、前記湾曲形状を検出することを特徴とする請求項28に記載の管状挿入システム。 - 前記線状部材は、湾曲することで電気特性が変化することを特徴とする請求項29に記載の管状挿入システム。
- 前記線状部材は、前記挿入部の長手方向に沿って少なく1つの歪みゲージまたはジャイロセンサを有していることを特徴とする請求項25に記載の管状挿入システム。
- 前記第1の操作支援情報取得部は、
前記湾曲操作量情報と、前記湾曲操作量情報に対応する湾曲操作量情報安全基準値と、
前記湾曲形状情報と、前記湾曲形状情報に対応する湾曲形状情報安全基準値と、
を基に、前記湾曲操作量情報と前記湾曲形状情報にそれぞれ対応する前記第1の操作支援情報の少なくとも1つを取得することを特徴とする請求項1に記載の管状挿入システム。
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